Validation par simulation de trafic

Les simulations sur cette journée de trafic avec le simulateur en temps accéléré CATS/OPAS montrent les gains apportés par cette allocation de niveaux. Une présentation de CATS/OPAS et de ces différents modules peut être trouvée dans plusieurs articles ([DAB97], [DABM97], [DAG01]). Ces principales fonctions sont la détection des conflits et leur résolution, pour des avions volant soit en route directe, soit en route standard. Le simulateur utilise les plans de vols enregistrés par les systèmes opérationnels.

Pour notre problème, seule la détection de conflits a été exploitée, avec quatre jeux de trafic. Le trafic de référence est celui du 21 mai 1999, chaque avion volant sur une route directe avec une phase en croisière au niveau de vol demandé par l’opérateur aérien (RFL : Requested Flight Level). Le deuxième trafic reprend les caractéristiques du trafic de référence, à ceci près que la phase de croisière se fait au niveau de vol alloué par l’algorithme de coloriage de graphe, sauf si un tel niveau n’existe pas, auquel cas elle se fait au niveau demandé (RFL). Les troisième et quatrième jeux reprennent les deux premiers en éliminant les flux pour lesquels aucun niveau de vol n’a été alloué. Voici une description synthétique des jeux de trafic utilisés :

REF : Trafic de référence : route directe, croisière au niveau de vol demandé (RFL).

ALLOC : Trafic modifié : route directe, croisière au niveau de vol alloué par l’algorithme, ou par défaut au niveau de vol demandé (RFL).

90 CHAPITRE 6. ALLOCATION DE NIVEAUX

Angle _{−− − ↑ − ↓ ↑↑ ↓↓ ↑↓} Mix Total

0-9 318 79 71 52 41 2 11 574 10-19 17 19 8 31 16 2 0 93 20-29 13 15 20 10 11 0 0 69 30-39 7 7 7 8 2 0 0 31 40-49 12 8 10 1 3 1 0 35 50-59 10 5 10 0 0 1 0 26 60-69 21 7 7 1 0 0 0 36 70-79 22 11 11 0 0 0 0 44 80-89 21 11 9 0 0 1 0 42 90-99 19 13 7 1 0 0 0 40 100-109 22 10 12 1 0 0 0 45 110-119 18 9 9 2 1 4 0 43 120-129 10 22 5 0 0 3 0 40 130-139 24 11 14 1 0 5 0 55 140-149 31 12 16 0 0 5 0 64 150-159 37 17 8 0 0 6 0 68 160-169 34 26 10 0 0 13 0 83 170-180 72 49 32 1 0 50 0 204 Total 708 331 266 109 74 93 11 1592 Percent. 44.5 20.8 16.7 6.8 4.6 5.8 0.7 100

TAB. 6.4 – Distribution des conflits par angle de convergence et par type (Croisière : − ; Montée : ↑ ; Descente : ↓), pour TOUS LES AVIONS volant sur une route directe à leur niveau de vol alloué (ALLOC)

tenant aux flux pour lesquels un niveau a été alloué. Les avions volent au niveau demandé dans leur plan de vol (RFL).

ALLOC_SUBSET : Sous ensemble du trafic modifié (ALLOC), ne comprenant que les avions ap- partenant aux flux pour lesquels un niveau a été alloué.

Nous avons modifié le simulateur de façon à calculer pour chaque jeu le nombre de conflits et la distribution de ces conflits selon l’angle de convergence et la typologie. Le tableau 6.1 montre les résultats pour le jeu REF_SUBSET, avec un nombre total de 985 conflits détectés. Notons (au bas de la deuxième colonne) que plus de 60 % des conflits se produisent entre avions stables à leur niveau de croisière. Ce chiffre souligne l’intérêt de séparer les flux de trafic pendant leur phase de croisière.

Dans le tableau 6.2, qui montre les résultats en utilisant l’allocation de niveaux (pour le jeu AL- LOC_SUBSET), le nombre de conflits détectés tombe à 764, soit un gain de 22,4 % par rapport au trafic de référence. Le pourcentage de conflits entre avions en phase de croisière est encore relative- ment important : 391 conflits en croisière sur les 764, soit 51,2 %. La plupart de ces conflits (286 sur les 391) ont un angle de convergence inférieur à 9 degrés. Il s’agit en fait de conflits en rattrapage, ayant lieu entre avions suivant une même trajectoire, au même niveau de vol.

Ces conflits en rattrapage entre avions en croisière, pour lesquels on peut faire l’hypothèse raison- nable qu’ils puissent être résolus par des techniques spécifiques de séquencement (dites miles-in-trail), représentent à eux seuls 37,4 % du total des 764 conflits détectés pour ALLOC_SUBSET, et 24,6 % des conflits restants, en simulant la totalité du trafic (voir les résultats pour le jeu ALLOC dans le tableau6.4).

6.2. ALLOCATION DE NIVEAUX PAR COLORATION DE GRAPHE 91 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Pourcentage des conflits, par angle de convergence

FIG. 6.1 – Distribution des conflits par angle de convergence, pour le jeu REF_SUBSET.

Les figures 6.1 et 6.2 montrent la distribution des conflits par angle de convergence pour les deux jeux de trafic REF_SUBSET et ALLOC_SUBSET. Ces graphes sont directement tirés de la dernière colonne des tableaux 6.1 et 6.2. La proportion des conflits en face-à-face reste approximativement constante, aux alentours des 12 %, entre REF_SUBSET et ALLOC_SUBSET. Pour le reste, la distri- bution est aplatie pour les angles intermédiaires, lorsqu’on utilise l’allocation de niveaux (figure6.2), mais reste importante pour les angles compris entre 0 et 9 degrés, à cause du phénomène que nous venons d’évoquer sur les conflits en rattrapage.

Les tableaux 6.3 et 6.4 illustrent les résultats pour les configurations REF et ALLOC, prenant en compte la totalité du trafic. Le nombre total de conflits passe de 2012 pour la situation de référence à 1592 avec l’allocation de niveaux. On constate des phénomènes similaires à ceux évoqués ci-dessus pour les configurations SUBSET, mais de façon moins marquée. La diminution du nombre de conflits détectés (20,9 %), obtenue en allouant des niveaux de croisière séparés à 63 % du trafic, est donc tout à fait significative. Elle est potentiellement plus importante encore, si l’on considère que les conflits en rattrapage sur un même flux peuvent être réglés au départ par un séquencement temporel et une régulation en vitesse.

Ces bons résultats sur le trafic global, avec les jeux REF et ALLOC, doivent toutefois être tempérés par la considération suivante. Dans la configuration de trafic de référence (REF) pour le 21 mai 1999, le dispositif RVSM1 _{n’était pas encore en place pour tous les avions et dans tout l’espace. Or, sans}

RVSM, la séparation verticale des niveaux est de 1000 pieds en dessous du FL295 (29500 pieds) et de 2000 pieds au dessus. L’algorithme d’allocation autorise une séparation de 1000 pieds dans tout

1_{RVSM : Reduced Vertical Separation Minima, dispositif autorisant des séparations verticales de 1000 pieds au dessus}

92 CHAPITRE 6. ALLOCATION DE NIVEAUX 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Pourcentage des conflits par angle de convergence

FIG. 6.2 – Distribution des conflits par angle de convergence, pour des avions volant sur une route directe au niveau de croisière alloué par l’algorithme, pour le jeu ALLOC_SUBSET.

l’espace et pour tous les flux. En conséquence, le fait de faire évoluer une partie du trafic (dans le jeu ALLOC) sur des niveaux qui n’étaient pas précédemment utilisés diminue nécessairement les conflits avec le reste du trafic appartenant aux flux non traités. Une partie des gains obtenus avec le trafic global est donc à mettre au compte de cette nouvelle répartition des niveaux.

Les résultats sur les jeux de trafic restreints (REF_SUBSET et ALLOC_SUBSET) restent par contre valables tels quels.